(57)【要約】本発明の実施形態は、インペラおよびモータを含むインペラ連結器用のクイック結合および回転システムを提供する。インペラは、ミキサ端と、直径方向に磁化された第１の部材を備える第１の取り付け端とを含み、モータは回転軸を、直径方向に磁化された第２の部材を含む第２の取り付け端を有して含む。前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とが互いに相補的であるとともに、前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とが接続されたときに、前記第１の取り付け端に、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して回転トルクを付与する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミキサ端と、直径方向に磁化された第１の部材を備えた第１の取り付け端と、を含むインペラと、
直径方向に磁化された第２の部材を備えた第２の取り付け端を有する回転軸を備えたモータとを備え、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを付与する、インペラ連結器用のクイック結合および回転システム。
【請求項２】
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端は、前記第１の部材と前記第２の部材との間の前記磁界を介して固定接続された請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の前記磁界は工具を使わずに切り離し可能である請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の部材と第２の部材のそれぞれは六角形状である請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
さらに、速度センサを備え、前記速度センサは、前記モータと前記インペラの少なくとも一方の回転速度を監視する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記速度センサはホール効果センサを含む請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記モータによって付与される回転トルクは、前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が所定の閾値を超えると無効となる請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記モータによって付与される回転トルクは、前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が所定の閾値より下回ると無効となる請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方は、非強磁性体で被覆された請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の電磁界が、前記インペラの垂直自由度を制限し、
２つの重なった軸受が水平運動と、回転運動と、ピッチ運動とを制限する請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
ミキサ端と、第１の取り付け端と、磁化部材と非磁化強磁性部材を含む群から選択された第１の部材を備えた前記第１の取り付け端に取り付けられた第１の機械的コネクタと、を備えるインペラと、
第２の取り付け端を有する回転軸と、磁化部材と、非磁化強磁性部材とから構成される群から選択された第２の部材を含む前記第２の取り付け端に取り付けられた第２の機械的コネクタと、を備えたモータと、を備え、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の機械的コネクタと前記第２の機械的コネクタとの間の機械的接続を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを与える、インペラ連結器用のクイック結合システム。
【請求項１２】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方は、磁化部材を含み、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端は、前記第１の部材と前記第２の部材との間の前記磁界を介して固定接続された請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の前記磁界は工具を使わずに切り離し可能である請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記磁化部材が、直径方向に磁化された部材、または軸方向に磁化された部材の少なくとも一方である請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
速度センサを備え、前記速度センサは、前記モータおよび前記インペラの少なくとも一方の回転速度を監視する請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
第１の部材および第２の部材の少なくとも一方が磁化部材を備え、前記速度センサはホール効果センサを備えた請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が、所定の閾値の上限を超えるか、所定の閾値の下限を下回るかのいずれか一方となると、前記モータによって付与される前記回転トルクは無効となる請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方は、非強磁性体で被覆された請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の電磁界が、前記インペラの垂直自由度を制限し、
２つの重なった軸受が水平運動と、回転運動と、ピッチ運動とを制限する請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
ミキサ端と、直径方向に磁化された第１の部材を備えた第１の取り付け端と、を備えたインペラを製造することと、
直径方向に磁化された第２の部材を備えた第２の取り付け端を有する回転軸を備えたモータを製造することと、を含み、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを付与する、クイック結合が可能なインペラを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連特許出願との相互参照
本出願は、２０１６年７月２１日に出願された米国仮出願第６２／３６５，１８３号の利益を主張するものであり、本出願は、その全体が参照によって本明細書に援用されるものである。
【０００２】
本発明は、概ね、アリコートまたは反応容器内の混合装置に使用されるインペラに関する。
【背景技術】
【０００３】
臨床分析器は、典型的には、アリコートまたは反応容器の内容物を均質に混合して正確な化学的結果を確実に出すために混合装置を必要とする。中容量の臨床化学（ＭＶＣＣ）システムの場合、典型的には回転インペラが使用される。概ね、インペラは、キュベット（すなわち、混合される材料を保持する容器）の壁と接触しないよう、正確に位置決めされる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インペラを用いて実施される種々の実験が確実に正確な結果となり、汚染されないようにするため、インペラの定期的な洗浄または交換が必要である。概ね、インペラは、時間の経過による損傷や汚染物質の蓄積により、時々取り換える必要がある。現在利用可能なシステムでは、そのために、少なくとも特殊化された工具、並びに小さくて失くしやすいパーツを使用する必要がある。さらに、その他の現在の方法では、インペラ交換時に機構全体を取り外すなど、より入り組んだアプローチ方法が必要な場合もある。
【０００５】
したがって、より効率的でより簡単なインペラ接続タイプが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態は、簡単な洗浄と交換を可能にするクイック結合が可能なミキサ用インペラ連結器を対象とする。
【０００７】
これにより、本実施形態は、インペラ連結器用のクイック結合および回転システムを提供するものであり、インペラはミキサ端と、直径方向に磁化された第１の部材を備えた第１の取り付け端とを備え、モータは、直径方向に磁化された第２の部材を備えた第２の取り付け端を有する回転軸を備えており、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して第１の取り付け具に回転トルクを与える。
【０００８】
さらなる本実施形態は、インペラ連結器用のクイック結合システムを提供するものであり、インペラはミキサ端と、第１の取り付け端と、磁化部材および非磁化強磁性部材からなる群から選択された第１の部材を備える前記第１の取り付け端に取り付けられた第１の機械的コネクタとを備え、モータは、第２の取り付け端を有する回転軸と、磁化部材および非磁化強磁性部材とから構成される群から選択された第２の部材を含む前記第２の取り付け端に取り付けられた第２の機械的コネクタと、を備え、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であるとともに、前記モータは、第１の取り付け端と第２の取り付け端が接続されると、前記第１の機械的コネクタと前記第２の機械的コネクタとの間の機械的接続を介して第１の取り付け端に回転トルクを与える。
【０００９】
別の実施形態は、クイック結合が可能なインペラを製造する方法であって、ミキサ端と、第１取り付け端と、直径方向に磁化された第１の部材を備える第１の取り付け端とを含むインペラを製造することと、第２の取り付け端に直径方向に磁化された第２の部材を備えた回転軸を含むモータを製造することと、を含み、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して第１の取り付け具に回転トルクを与える。
【００１０】
本発明の上述の態様および他の態様は、下記の詳細な説明を添付図面を参照しながら読むことにより、最もよく理解できるであろう。本発明を説明する目的で、図面には、現在好ましい実施形態を記載しているが、本発明は、開示された特定の手段に限定されるものではないことが理解されるであろう。図面には下記図が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】磁気トルクトランスミッションの例を示す図である。
【図２Ａ】機械的トルクトランスミッションの例を示す図である。
【図２Ｂ】機械的トルクを付与するための機械的な接続の詳細な図である。
【図３Ａ】機械的トルクトランスミッションの別の例を示す図である。
【図３Ｂ】機械的トルクトランスミッションの別の例を示す図である。
【図４】機械的トルクトランスミッションの別の例を示す図である。
【図５】インペラ導管とハブ軸受穴の直径とを例示するグラフである。
【図６Ａ】インペラの連結および交換の例を示す図である。
【図６Ｂ】インペラの連結および交換のさらに別の例を示す図である。
【図６Ｃ】インペラの連結および交換のさらに別の例を示す図である。
【図６Ｄ】インペラの連結および交換のさらに別の例を示す図である。
【図７】アーム組立体断面図の例を示す図である。
【図８Ａ】スタンドアローンの状態の混合ハブと取り付けられた状態の混合ハブの例を示す図である。
【図８Ｂ】スタンドアローンの状態の混合ハブと取り付けられた状態の混合ハブの例を示す図である。
【図９】センサの磁界をグラフで示したものである。
【図１０Ａ】ミキサインペラの水平整列機構の例を示す図である。
【図１０Ｂ】ミキサインペラの水平整列機構の例を示す図である。
【図１０Ｃ】ミキサインペラの水平整列機構の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書の実施形態は、正しい結果を得られるよう、種々の化学薬品又は物質を均一になるまで混合するために使用できるクイック結合および回転インペラの連結システムに関するものである。有利なことに、クイック結合可能なインペラ連結器により、取り外し（例えば、洗浄のため）および／または交換（例えば、インペラの寿命が終わった場合）を容易に行うことができる。
【００１３】
概ね、インペラは、時間の経過とともに損傷を受けたり、または汚染物質が蓄積されたりするため、通常は交換が必要である。本明細書で議論されるように、現行のシステムは、少なくとも１つ以上の工具を使用し、インペラを変更する際に、取り扱いが困難な小さい部品を含むことが避けられない。
【００１４】
現在の方法の一例として、インペラを位置決めしてから、インペラを４分の１インチねじ込み、軸をそれぞれの溝に密に嵌合して接続することが挙げられる。軸には、垂直自由度を拘束するフランジ特性を有する。インペラは、インペラの軸に接着された単純なタイゴン（ＴＹＧＯＮ）管からなる可撓性連結器を介してモータから分離可能に保持される。タイゴンは、米国ノートン社（ＮｏｒｔｏｎＣｏｍｐａｎｙ）の登録商標である。
【００１５】
したがって、実施形態では、本明細書に記載された様々な方法で上記の欠点に対処する。例えば、実施形態では、磁石（例えば、磁性材料と共に２つの磁石又は単一の磁石）を用いて磁気接続を確立し、インペラの垂直自由度を拘束するために必要な力を提供することができる。さらなる実施形態では、５つの残りの自由度のうち４つは、インペラ軸上に配置された２つ以上の積層軸受によって制御されてもよい。これにより、インペラは、現在の方法で使用される場合、また、本明細書で議論されるように、過度に複雑な機械的部品（例えば、インターロック装置を有する小さな溝等）を使用することなく、回転機構の駆動軸に取り付けられたままとすることができる。
【００１６】
実施形態では、さらに、例えば、相手部品にある程度近接してインペラを組み立てるのに必要な力に、磁気の吸引力のほぼ全体が寄与するように利用してもよい。したがって、磁気システムを使用することは、より容易な設置と取り外し（例えば、工具なしの取り外し）を可能にするだけでなく、ユーザがインペラを整列させて、設置しやすくするという有益な副次的効果を有する。例えば、ユーザがインペラを嵌合部品に近接して配置する場合は、２つの接続片の磁界は互いを引き付けて、自動的に整合させ、適切に嵌合接続できるようにする。
【００１７】
別の実施形態では、インペラの存在と速度は、インペラ取り付けのために上述された同じ磁気システムを用いて監視してもよい。これが可能になるのは、軸方向連結力（例えば、インペラの内部に埋め込まれた磁石）を提供する磁石は、回転するにつれて変化する磁界を出すからである。したがって、実施形態は、検出された磁界に基づいて磁石の回転を監視するためのセンサ装置を実装することができる。非限定的な実施例として、磁石が回転するときに交番磁極を検出するために、磁石または磁石を収容するインペラ部分に隣接してホール効果センサを配置することができる。磁界の速度、ひいてはインペラの速度を監視することにより、ミキサの性能に関する貴重な情報が得られる。
【００１８】
例えば、要求された速度（例えば、ユーザ／システムが定義された混合速度）が検出された実際の速度と一致しない場合、実施形態は、エラーが発生したか、または試料との問題が生じたと想定することができる。例えば、回転機構に問題が発生している可能性がある。実施形態では、インペラの速度は、混合期間にわたってセンサによって生成されたパルスの数をカウントして推定する。そのパルス数は、その混合時間に対する所定のパルス数と一致する必要があり、そうでない場合、実施形態は、何らかのタイプの故障が生じたと仮定することができる。さらなる実施形態では、システムは、決定された速度を利用して、混合プロセスを自動的に調整または停止させることができる。例えば、実施形態では、回転速度が所定の閾値（例えば、決定された最大速度よりも速く、または決定された最小速度より遅い）の境界を超えていると判断された場合、システムは、状況を改善するための処置を取ることができる。
【００１９】
実施形態では、所定の閾値は、ユーザが入力した値に基づいてもよいし、または、混合される溶液の様々な既知の特性に基づいてもよい。例えば、システムが混合溶液に関する変数を知っている場合、本明細書でさらに論ずるが、混合プロセスのために適切な速度の上限および下限を決定することが可能である。したがって、磁石が、ひいては、インペラが所定の設定された境界外の速度で回転していることが検出された場合には、動作（例えば、回転装置／軸の速度を調整すること、混合プロセスを停止させること等）を起こすことができる。
【００２０】
インペラの垂直自由度が重要であるだけでなく、回転トルクも混合プロセスの重要な要素である。本明細書では、トルクに関する様々な実施形態を議論する。実施形態を利用して、本明細書で論じる磁気システムをインペラ取り付けに利用することができるが、本明細書では、概して、トルク伝達の２つの主要なカテゴリーについて論じる。（１）磁気トルクと（２）機械的トルク。
【００２１】
したがって、実施形態は磁気トルクトランスミッションシステムを含む。このシステムは、２つの直径方向に磁化された磁石（例えば、モータ軸に取り付けられた磁石と、インペラ軸に取り付けられた磁石）とから構成されてもよい。これらの非限定的な実施例については、図に示されており、例えば、図１は磁気トルクトランスミッションを示している。
【００２２】
図１に示されるように、インペラ１０１は、ミキサ端１０２と、第１の取り付け端１０３とを有する。いくつかの実施態様において、第１の取り付け端１０３は、直径方向に磁化された第１の部材（例えば、磁性体）１０４を備える。直径方向磁化により、第１の部材１０４が磁化部材として作用できるようになる。いくつかの実施形態では、インペラ１０１は、第１の部材１０４を介してモータ１０６に接続される。モータ（すなわち、撹拌装置）１０６は、直径方向に磁化された第２の部材１０５を有する第２の取り付け端１０８を有する回転軸１０７を備えている。直径方向磁化は、第２の部材１０５も、磁化部材として作用できるようになる。第１の部材１０４と第２の部材１０５は、第１の取り付け端１０３と第２の取り付け端１０８が確実に接続されるように磁界を介して連結することができる。実施形態では、磁界の強度は、第１の部材１０４と第２の部材１０５とが工具を使用せずに（すなわち、手作業で）分離できる程度の強さとすることができる。いくつかの実施形態では、モータ（すなわち、撹拌装置）は、第１の部材１０４と第２の部材１０５との間の磁界を介してインペラ１０１、ひいては、インペラミキサ端１０２に回転トルクを付与する。１つ以上の追加の実施形態では、第１の部材１０４および／または第２の部材１０５を、非強磁性材料（図示せず）でコーティングしても、または被覆してもよい。非強磁性材料を用いたコーティングまたは被覆により、第１の部材１０４および／または第２の部材１０５が非磁化強磁性部材として作用できるようになる。非強磁性材料は、インペラを取り外し、あるいは交換する際に、第１の部材１０４および／または第２の部材１０５を欠けまたは損傷から保護するのに役立つ。さらに、非強磁性材料は、第１の部材１０４と第２の部材１０５との間の磁界を制御するのに役立つ。
【００２３】
図２Ａおよび図２Ｂは、機械的トルクトランスミッションを示す。一非限定的な実施例では、インペラは、モータ２０３の機械的駆動伝達装置２０２上に配置された外側ハウジング２０１を備えることができる。この特定の非限定的な実施例では、図２Ｂに示すように、モータ２０３の駆動伝達装置２０２は、インペラ２０４の一部に引き付けられる。本明細書で論じているように、このことは、インペラ２０３および駆動伝達装置２０２を互いに引き付けるために、１つ以上の磁気物体（例えば、２０２及び２０４）を使用することによって達成される。しかし、インペラの実際の回転は、機械的トルクを介して生成される。例えば、外側ハウジング２０１は、駆動伝達装置（例えば、六角形）に対応するように設計された幾何学的形状を有する内部空洞部を有していてもよい。
【００２４】
図３Ａおよび図３Ｂは、インペラに機械的トルクを付与するための代替的な実施形態を示す。この特定の非限定的な実施例では、駆動伝達装置３０１およびインペラ３０２は、本明細書で論ずるものと同様の方法で互いに引き付けられる。引力は、モータ（図示せず）に関連する第１のハウジング３０３を、インペラに関連付けられた第２のハウジング３０３と連動させる。さらに、図３Ａに示すように、第１のハウジング３０３と第２のハウジング３０３は、互いに相補的に設計されて駆動伝達装置３０１からインペラ３０２にトルクを付与することができる接続を形成する４つの突起を有している。
【００２５】
図４を参照すると、機械的トルクを含む別の実施形態が示されている。この非限定的な実施形態では、駆動伝達装置４０１は、インペラ４０３の六角部４０２に引き付けられる。図示されるように、その部分４０２は、モータ４０５のハウジング４０４の内部に引き込まれる。図示のように、いくつかの実施形態では、ハウジング４０４は六角部４０２を受容するように構成された六角形の凹部を有しており、これによりモータはハウジング４０４を介してインペラ４０３に回転トルクを付与することができる。第１部材および第２部材の六角形形状は、機械的トルクを許容するための複数の可能な形状のうちの１つであることが理解されるべきであり、また、既知のまたは実現可能な形状（例えば、正方形、多角形、七角形、八角形など）は、代替実施形態において利用可能である。
【００２６】
磁気トルクトランスミッションに関して、一実施形態では、システムが静止するとき、モータのＮ極はインペラのＳ極に位置合わせされる。そして、モータ側のＮ極が回転する（例えば、システムがオンまたは始動する）と、インペラ側のＳ極は、それらが直径方向磁気であるので、それに追従する。したがって、実施形態は、小型のサイズ、位置合わせ及び摩耗に対する不感受性、容易にユーザが交換可能な、及び低コストである、革新的でフレキシブルな連結設計を使用できるという利点を有する。
【００２７】
一実施形態では、トルクを与えるために磁石が使用される場合、磁石は、複数の側面（例えば、五角形、六角形、八角形、十角形など）を有していてもよい。六角形形状により、インペラをほぼ任意の回転方向に挿入することができるが、例えば、長方形の場合は、１８０度のインクリメントでのみ挿入することができる。
【００２８】
別の実施形態では、機械的トルクトランスミッションが使用される。しかし、トルクは機械的に導出されるが、実施形態は、インペラと駆動軸とを連結する（例えば、インペラの垂直自由度にロックする）ために、依然として１つ以上の直径方向または軸方向に磁化された磁石および／または（例えば、磁石を含む部品とは反対側の部品に配置される）磁性体を利用することができる。
【００２９】
これにより、本発明の実施形態は、診断分析器内の化学試薬を用いて試料を混合するために使用されるインペラを、クイック切断機能のためにモータに磁気的に連結させたシステムを提供する。実施形態は、さらに、同じ磁石をホール効果センサ等と共に使用して、インペラの存在及び速度を検出することができる。さらに別の実施形態は、二つ（２）の直径方向磁気磁石を使用して、インペラとモータとの間でトルクを磁気的に伝達することができる。追加として、または代替的に、実施形態は、磁気的に連結された状態でトルクを機械的に伝達するための連動機械式キー機能を伴う、直径方向に磁化された磁石または軸方向に磁化された磁石を使用してもよい。
【００３０】
上記の改善に加えて、本明細書に記載される実施形態は、概ね、現在の方法よりも製造が安価である。これは、設計の特徴に要求される精度のレベル（例えば、アクセスのためだけに工具でカバーを取り外すことを要求すること、組み立てが過度に困難であること、充分な接続を確保するためにより多くのリスクを有すること）がモータロータとインペラ組立体との間で達成され、可撓性カップリングの唯一の機能はトルクと感度を伝達することのためである。
【００３１】
しかしながら、実施形態では、磁石により、垂直自由度の制約を磁力（例えば、ユーザのグリップ）より大きい力によって打ち消すことができる。垂直度が制約されていない場合、インペラは自由に取り除くことができる。磁気連結装置を無効とし、第１の部材と第２の部材とを分離するために必要な力は、工具を使用することなく容易に生成することができる。この簡易さにより、様々な物理的特性、知識、経験を有する幅広い人々がインペラ交換操作を実行することを可能としている。この簡易さにより、モータ連結器が見えなくても接続を行うことができるようになる。さらに、あるいは、代替的に、磁石の一方又は両方は、電磁石であってもよく、したがって、スイッチを単に押し、電力を除去することによってインペラを取り外せるようになる。
【００３２】
ミキサが装置の機能全体にもたらす価値のため、顧客による交換が可能な方法を提供することによって、顧客のダウンタイムを最小限に抑える努力を行った。これにより、インペラの修理を行うサービス技術者の出張料金が顧客にかからないので、製造業者のコストも節約することになる。また、顧客がこの状況で経験するダウンタイムのフラストレーションや金銭的な生産性の損失により、顧客の損失を防止するためのコストも削減される。
【００３３】
キュベットの内容物を混合することは、最も正確な化学的結果を確実に得るために、流体システムにとっては重要な機能である。混合は、概ね希釈キュベット中で行われ、これにより、一次試料が希釈剤と適切に確実に混合される。この混合は反応キュベットにおいても起こるため、作業中の試料と試薬が完全に混合されて、確実に適切な化学反応を引き起こすことができる。
【００３４】
一般的に、本明細書で論じているように、中容量の臨床化学（ＭＶＣＣ）システムは、回転インペラを使用してキュベットの内容物を混合する。インペラを使用することにより、比較的単純でしっかり制御された混合方法が提供される。他の接触混合技術と同様に、インペラは、汚染の持ち越しを最小限に抑えるために、一般的には、試験と試験の間で洗浄しなければならない。
【００３５】
別の実施形態では、キュベット側壁と必要なインペラサイズとの間のクリアランスが結果的にタイトとなることによる全体的な振れの仕様（例えば、０．３ｍｍ）を達成するために、組立体の一部として積層軸受を必要とする場合もある。したがって、実施形態では、軸受が予圧なしで作動しているということから、半径方向の遊びが小さい軸受を選択すればよい。インペラ振れに対するハブ軸受孔径の影響を、ＣＣＤマイクロメータを用いて特性化した。この試験中、軸受孔径が制御限界を超えたときにインペラ振れのガバナンスが連結部品にシフトするため、ハブの再配向が必要とされた。図５は、再配向（ｎ＝５０）による最大インペラ振れを、非限定的にグラフに表したものである。
【００３６】
さらに別の実施形態では、顧客が交換可能な方法が含まれる。ミキサが装置の機能全体にもたらす価値のため、顧客による交換が可能な方法を提供することによって、顧客のダウンタイムを最小限に抑える努力を行った。実施形態では、磁気連結システムを用いて、充分に連結するために必要とされる対応する力とインペラを容易に交換する必要性とのバランスをとることによってこれを実現する。配向に適した形状（例えば、六角形）を有する磁石の引き付け力により、インペラは、カップリングに近接してほぼ完全に位置決めすることができる。取り付けと取り外しは、アームが洗浄ステーションの上にあるときに行われなければならない。
【００３７】
図６Ａ〜図６Ｂに、インペラの連結および交換の例を示す。図示のように、インペラ６０１は、本明細書で議論されるように、ミキサ端６０２と、第１の取り付け端６０３とを有する。いくつかの実施態様において、第１の取り付け端６０３は、直径方向に磁化された第１の部材（例えば、磁性体）６０４を備える。いくつかの実施形態では、インペラ６０１は、第１の部材６０４を介してモータ６０６に接続される。モータ（すなわち撹拌装置）６０６は、直径方向に磁化された第２の部材６０７を有する第２の取り付け端を有する回転軸（図示せず）を備える。いくつかの実施形態では、モータ（すなわち、撹拌装置）６０６は、第１の部材と第２の部材との間の磁界を介してインペラ６０１、ひいては、インペラミキサ端６０２に回転トルクを付与する。
【００３８】
図４および図６Ａ〜図６Ｄに示されるような１つ以上の追加の実施形態では、トルク生成の機械的手段を含み得る。図示のように、第１の取り付け端６０３は六角形であり、ここで議論されるように、ハウジング６０５は、六角形の第１の取付け部を確実に受容するための相補的な空洞部を含み得る。それら相補的な形状のために、回転トルクは、第１の取り付け端６０３とハウジング６０５との連動によりモータ６０６からインペラ６０１に伝達することができる。いくつかの実施形態では、図７に関してさらに議論されているように、１つ以上の軸受６０８および回転センサ６０９について本説明書で論じる。
【００３９】
図６Ａ〜図６Ｂの進行に示されるように、いくつかの実施形態では、１つ以上の軸受６０８は、インペラ６０１に取り付けられてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、１つ以上の軸受６０８は、インペラ６０１の水平運動と、回転運動と、ピッチ運動を制限することができる。さらに、図６Ａ〜図６Ｂの進行に示されるように、インペラ６０１は、第２の部材６０７（例えば、磁気または機械的トルク装置）から取り外すか解放して、分離することができる。いくつかの実施形態では、インペラは取り外されると、洗浄用の洗浄槽６１０内に落下するもしくは載置される。
【００４０】
図７を参照すると、実施形態は、モータ組立体７０２およびハウジング（すなわち、アーム）７０３にインペラ７０１を接続可能とするハブを含み得る。少なくとも１つの実施形態では、ハブ７０４は、自己センタリング機能を可能にするテーパ嵌合を介してハウジングと嵌合することができる。ハブ７０４はまた、１つ以上の軸受７０５と本明細書で議論される回転センサ７０６とのためのハウジングを提供してもよい。いくつかの実施形態では、１つ以上の軸受７０５は、水平運動と、回転運動と、ピッチ運動を制限してもよい。一実施形態では、ハブは、インペラ調整機能を提供することもできる。インペラは、約＋０．０１ｍｍから約＋１．５ｍｍ、および約−０．０１ｍｍから約−１．５ｍｍに調整することができる。アームと同様に、一実施形態では、ハブは、材料の低コストおよび軽量性のために、プラスチック射出成形から構成されてもよい。さらに別の実施形態では、軸受孔（図示せず）が含まれてもよい。また、軸受孔は、顧客交換可能性とインペラ振れ制御（例えば、約１ミクロン〜約２０ミクロンの精度レベル）とのバランスをとるために必要な精度を達成するために、二次加工操作を必要とする場合もある。
【００４１】
一実施形態では、ハウジング７０３上の特徴は、モータ温度制御部７０８のための換気装置、センサボードスリップ嵌めのリブによって形成されるスロット、可撓性ケーブル７０７の配線および保護用のリブ、およびより大きなモータ（図示せず）のための付加的な取り付け穴を含み得る。一実施形態では、フレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）（図示せず）は、ＤＣＭから混合ステッパモータおよび回転センサ７０６（例えば、ホール効果センサ）に電力を供給するように設計されている。これは、一方向に沿って反復的な屈曲運動を行う可撓性相互接続ＰＣＢとなるように設計される。一実施形態では、基板からのＥＭＣ放出の可能性を減少させるために、全ての電気トレース（ステップモータ動力及びセンサライン）は、ＰＣＢによって生成される電磁界の大部分を吸収するトレースを囲むファラデー箱の特性を生成する２枚の５０％銅エッチング接地層の間に挟めばよい。
【００４２】
図８Ａおよび図８Ｂは、潜在的なハブ８０１およびハブを囲むハウジング８０２の内部を図示したものである。ハウジング内には、ハブに取り付けられた、可撓性のＰＣＢ８０３が含まれてもよい。追加として、あるいは代替的に、純銅シールドおよび銀インクシールドが使用されてもよい（図示せず）。さらに、本明細書でさらに議論されるように、ハウジングは、ハウジング内でハブの配向をロックおよび／または制御するために使用されるクランプ８０４を有していてもよい。図１０に関して議論されるように、ハブは、ハウジング内で回転でき、クランプ８０４を介して所定の位置にロックできる。
【００４３】
図７に戻ると、回転センサ７０６が存在する場合、実施形態はインペラ７０１の存在を検出することが可能であり、および／またはインペラの速度を監視することができる。磁石に隣接して配置された、軸方向（例えば、図１の１０４および１０５）とセンサ（例えば、ホール効果センサ）とを備えた同じ磁石システムを使用することによって、実施形態は、交番磁極を検出することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、選択されたセンサは、外部磁気の影響に対して構造安定性を有する磁石に対するセンサの位置に対し、柔軟性を提供する広い磁気感度範囲を有する。いくつかの実施形態では、感度は、大きな電気的再設計をせずに調整可能である。図９に示すように、距離に応じた磁界強度を特徴付けることによって、この構成のための最適なセンサ位置と動作ウィンドウとが決定される。いくつかの実施態様において、各インペラは、回転されると、交互にＮ／Ｓ極を有する磁界を生成する二軸偏光磁石を含み、したがって、実施形態は、インペラの回転速度を監視することができるようになる。速度を監視することは、ミキサの性能に関する貴重な情報を提供する。要求された速度が記録された実際の速度と一致しない場合、それはメカニズムに問題があることを示す。実施形態では、モータおよび／またはインペラのいずれか一方の回転速度が所定の閾値を超えた場合には、モータを無効とすることができる。あるいは、モータおよび／またはインペラのいずれかの回転速度が所定の閾値を下回ると、モータを無効とすることができる。いずれの場合でも、モータを無効にすると、モータによって与えられる回転トルクを無効にすることができる。あるいは、第１の部材と第２の部材とを連結する磁界の分離によって回転トルクを無効とすることができ、これにより、切断することができる。
【００４５】
センサは、Ｎ極に応答して、ミキサのモータを制御するデジタル制御モジュール（ＤＣＭ）に対してデジタルのアクティブな低電気信号を生成することができる。逆に、センサは、Ｓ極を感知すると、アクティブな高信号を生成することができる。したがって、パドルがスピンするにつれて、交番磁界によって一連の電気パルスが生成され、ＤＣＭに送られる。ＤＣＭは、混合中の低〜高デジタル遷移の数をカウントする。このカウントを使って、ミキサによって行われる合計の回転数を決定することができる。混合後、ＤＣＭは移行カウントをホストソフトウェアに送信する。ホストソフトウェアは、移行の数が期待される値と一致するかどうかを確認する。カウントが０に等しい場合、ホストは、エラーを送信して、パドルが存在しないことをユーザに知らせる。カウントが０と期待値の間である場合、異なるエラーが生成されて、ミキサに欠陥が存在することを示すことがある。
【００４６】
一実施形態では、回転センサは、ＤＣＭと直接的にインターフェースをとることが可能であり、３〜２４ＶＤＣ（例えば、５ＶＤＣ）を使用して動作することができる標準トランジスタ−トランジスタ論理（ＴＴＬ）を使用することができる。このセンサはまた、多様な範囲の磁気感度選択肢を有していてもよく、したがって、磁石に対するセンサの配置を設計する際に、より柔軟性を高めることができる。
【００４７】
図１０Ａ〜図１０Ｃを参照すると、いくつかの実施形態では、モータ（図示せず）は、インペラ１００１の位置合わせ調整を容易にするためにハブ中心に対して偏心することができる。これは、インペラ１００１をモータの中心軸に配置することが要求されるが、図１０Ａ〜図１０Ｃに示されるようにハブの中心ではないので、可視化されている。したがって、位置を固定するクランプ１００２（すなわち、図８の８０４）が緩むと、（例えば、図１０Ｂおよび図１０Ｃの矢印によって示されるように）ハブは回転することができる。ハブに対してモータが偏心して載置されているため、ハウジング内のハブの回転により、最良の精度を必要とする方向にインペラ１００１が並進運動する。
【００４８】
また、放射状に動くこともある。しかし、その効果は、その方向における公差のため、無視できる程度である。歯車の歯（図示せず）は、細かい調整及び分解能を提供するために存在する。一実施形態では、インペラへの調整は、約０．０１ｍｍから約０．２ｍｍとすることができる。ある程度の回転自由度に基づいて、実施形態は、インペラの最大走行を決定することが可能である。非限定的な実施例として、±２６°の回転自由度は、ｘ軸に沿って一般的に概略±１．３ｍｍに変換される。
【００４９】
本発明は、例示的な実施形態を参照して説明されてきたが、これに限定されるものではない。当業者は、本発明の好ましい実施形態に対して多数の変更及び修正を行うことができ、そのような変更及び修正は本発明の真の精神から逸脱することなく行われうることが理解できよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲に含まれる全ての等価な変形も含むものと解釈される。
【符号の説明】
【００５０】
１０１、３０１、３０５、４０３、６０１、７０１、１００１  インペラ
１０７  回転軸
２０３、４０５、６０６  モータ
７０２  モータ組立体
３０１  駆動伝達装置
６０３  第１の取り付け端
６０９、７０６  回転センサ（ホール効果センサ）
３０３、４０４、６０５、７０３  ハウジング
【図１】
2019523405.tif 000003
【図２Ａ】
2019523405.tif 000004
【図２Ｂ】
2019523405.tif 000005
【図３Ａ】
2019523405.tif 000006
【図３Ｂ】
2019523405.tif 000007
【図４】
2019523405.tif 000008
【図５】
2019523405.tif 000009
【図６Ａ】
2019523405.tif 000010
【図６Ｂ】
2019523405.tif 000011
【図６Ｃ】
2019523405.tif 000012
【図６Ｄ】
2019523405.tif 000013
【図７】
2019523405.tif 000014
【図８Ａ】
2019523405.tif 000015
【図８Ｂ】
2019523405.tif 000016
【図９】
2019523405.tif 000017
【図１０Ａ】
2019523405.tif 000018
【図１０Ｂ】
2019523405.tif 000019
【図１０Ｃ】
2019523405.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月29日(2019.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
図３Ａおよび図３Ｂは、インペラに機械的トルクを付与するための代替的な実施形態を示す。この特定の非限定的な実施例では、駆動伝達装置３０１およびインペラ３０２は、本明細書で論ずるものと同様の方法で互いに引き付けられる。引力は、モータ（図示せず）に関連する第１のハウジング３０３を、インペラに関連付けられた第２のハウジング３０４と連動させる。さらに、図３Ａに示すように、第１のハウジング３０３と第２のハウジング３０４は、互いに相補的に設計されて駆動伝達装置３０１からインペラ３０２にトルクを付与することができる接続を形成する４つの突起を有している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミキサ端と、直径方向に磁化された第１の部材を備えた第１の取り付け端と、を含むインペラと、
直径方向に磁化された第２の部材を備えた第２の取り付け端を有する回転軸を備えたモータとを備え、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを付与する、インペラ連結器用のクイック結合および回転システム。
【請求項２】
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端は、前記第１の部材と前記第２の部材との間の前記磁界を介して固定接続された請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の前記磁界は工具を使わずに解除可能である請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の部材と第２の部材のそれぞれは六角形状である請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
さらに、速度センサを備え、前記速度センサは、前記モータと前記インペラの少なくとも一方の回転速度を監視する請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記速度センサはホール効果センサを含む請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記モータによって付与される回転トルクは、前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が所定の閾値を超えると無効となる請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
前記モータによって付与される回転トルクは、前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が所定の閾値より下回ると無効となる請求項５から７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方は、非強磁性体で被覆された請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の電磁界が、前記インペラの垂直自由度を制限し、
２つの重なった軸受が水平運動と、回転運動と、ピッチ運動とを制限する請求項１から９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
ミキサ端と、第１の取り付け端と、磁化部材と非磁化強磁性部材を含む群から選択された第１の部材を備えた前記第１の取り付け端に取り付けられた第１の機械的コネクタと、を備えるインペラと、
第２の取り付け端を有する回転軸と、磁化部材と、非磁化強磁性部材とから構成される群から選択された第２の部材を含む前記第２の取り付け端に取り付けられた第２の機械的コネクタと、を備えたモータと、を備え、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の機械的コネクタと前記第２の機械的コネクタとの間の機械的接続を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを与える、インペラ連結器用のクイック結合システム。
【請求項１２】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方は、磁化部材を含み、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端は、前記第１の部材と前記第２の部材との間の前記磁界を介して固定接続された請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の前記磁界は工具を使わずに切り離し可能である請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記磁化部材が、直径方向に磁化された部材、および軸方向に磁化された部材の少なくとも一方である請求項１１から１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
速度センサを備え、前記速度センサは、前記モータおよび前記インペラの少なくとも一方の回転速度を監視する請求項１１から１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
第１の部材および第２の部材の少なくとも一方が磁化部材を備え、前記速度センサはホール効果センサを備えた請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が、所定の閾値の上限を超えるか、所定の閾値の下限を下回るかのいずれか一方となると、前記モータによって付与される前記回転トルクは無効となる請求項１５または１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方は、非強磁性体で被覆された請求項１１から１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の電磁界が、前記インペラの垂直自由度を制限し、
２つの重なった軸受が水平運動と、回転運動と、ピッチ運動とを制限する請求項１１から１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
ミキサ端と、直径方向に磁化された第１の部材を備えた第１の取り付け端と、を備えたインペラを製造することと、
直径方向に磁化された第２の部材を備えた第２の取り付け端を有する回転軸を備えたモータを製造することと、を含み、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを付与する、クイック結合が可能なインペラを製造する方法。
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月8日(2019.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ミキサ端と、直径方向に磁化された第１の部材を備えた第１の取り付け端と、を含むインペラと、
直径方向に磁化された第２の部材を備えた第２の取り付け端を有する回転軸を備えたモータと、を備え、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを付与する、インペラ連結器用のクイック結合および回転システム。
【請求項２】
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が、前記第１の部材と前記第２の部材との間の前記磁界を介して固定接続されている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の前記磁界は工具を使わずに解除可能である請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の部材と第２の部材のそれぞれは六角形状である請求項１から３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
さらに、速度センサを備え、前記速度センサは、前記モータと前記インペラの少なくとも一方の回転速度を監視する請求項１から４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記速度センサはホール効果センサを含む請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記モータによって付与される回転トルクは、前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が所定の閾値を超えると無効となる請求項５または６に記載のシステム。
【請求項８】
前記モータによって付与される回転トルクは、前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が所定の閾値より下回ると無効となる請求項５から７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方が、非強磁性体で被覆されている請求項１から８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の電磁界が、前記インペラの垂直自由度を制限し、
２つの重なった軸受が水平運動と、回転運動と、ピッチ運動とを制限する請求項１から９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１１】
ミキサ端と、第１の取り付け端と、磁化部材と非磁化強磁性部材を含む群から選択された第１の部材を備えた前記第１の取り付け端に取り付けられた第１の機械的コネクタと、を備えるインペラと、
第２の取り付け端を有する回転軸と、磁化部材と非磁化強磁性部材とから構成される群から選択された第２の部材を含む前記第２の取り付け端に取り付けられた第２の機械的コネクタと、を備えたモータと、を備え、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の機械的コネクタと前記第２の機械的コネクタとの間の機械的接続を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを与える、インペラ連結器用のクイック結合システム。
【請求項１２】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方は、磁化部材を含み、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端は、前記第１の部材と前記第２の部材との間の前記磁界を介して固定接続された請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の前記磁界は工具を使わずに切り離し可能である請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記磁化部材が、直径方向に磁化された部材、および軸方向に磁化された部材の少なくとも一方である請求項１１から１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
速度センサを備え、前記速度センサは、前記モータおよび前記インペラの少なくとも一方の回転速度を監視する請求項１１から１４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１６】
第１の部材および第２の部材の少なくとも一方が磁化部材を備え、前記速度センサはホール効果センサを備えた請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記モータと前記インペラの前記少なくとも一方の回転速度が、所定の閾値の上限を超えるか、所定の閾値の下限を下回るかのいずれか一方となると、前記モータによって付与される前記回転トルクは無効となる請求項１５または１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１の部材と前記第２の部材の少なくとも一方は、非強磁性体で被覆された請求項１１から１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の部材と前記第２の部材の間の電磁界が、前記インペラの垂直自由度を制限し、
２つの重なった軸受が水平運動と、回転運動と、ピッチ運動とを制限する請求項１１から１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
ミキサ端と、直径方向に磁化された第１の部材を備えた第１の取り付け端と、を備えたインペラを製造することと、
直径方向に磁化された第２の部材を備えた第２の取り付け端を有する回転軸を備えたモータを製造することと、を含み、
前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端とは、互いに相補的であり、
前記モータは、前記第１の取り付け端と前記第２の取り付け端が接続されると、前記第１の部材と前記第２の部材との間の磁界を介して前記第１の取り付け端に回転トルクを付与する、クイック結合が可能なインペラを製造する方法。
【国際調査報告】
2019523405.tif 000021